材料物理导论课后答案熊兆贤第六章习题参考解答.docx
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材料物理导论课后答案熊兆贤第六章习题参考解答
材料物理导论课后答案（熊兆贤）第六章习题参考解答
第六章
材料的声学
1、声振动作为一个宏观的物理现象，满足三个基本物理定律：
牛顿第二定律、质量守恒定律和绝热压缩定律，由此分别可以推导出介质运动方程（p-V关系）、连续性方程（V-）和物态方程（p-关系），并由此导出声波方程――p,V和等对空间、时间坐标的微分方程。
2、若声波沿x方向传播，而在yz平面上各质点的振幅和相位均相同，则为平面波
3、4、（略）
5、主要措施：
a）
生产噪音小的车辆;
b）
铺设摩擦噪音小的路面（诸如：
使用改性沥青材料、形成合适路面纹路）；
c）
在城市交通干道两旁设置吸音档墙（选用吸音材料、采用吸音结构）；
d）
最好把城市交通干道修建在地下（实例：
法国巴黎和美国波士顿的部分交通干道）。
6、声信号在海洋中传播时，会发生延迟、失真和减弱，可用传播损失来表示声波由于扩展和衰减引起的损失之和。
其中，扩展损失时表示声信号从声源向外扩展时有规律地减弱的几何效应，它随着距离的对数而变化；而衰减损失包括吸收、散射和声能漏出声道的效应，它随距离的对数而变化。
柱面扩展引起的损失随距离一次方而增加，声波在海水中长距离传播时对应于柱面扩展。
海水中的声吸收比纯水中大得多，在海水中声吸收由三种效应引起：
一是切变黏滞性效应，另一是体积黏滞性效应，以及在100kHz下，海水中MgSO4分子的离子驰豫引起的吸收。
7、水声材料主要用于制作各种声源发射器和水听器，曾用过水溶性单晶、磁致伸缩材料和压电陶瓷材料，随着水声换能器技术的发展，要求具有功率大、频率常数低、时间和温度稳定性好、强电场下性能好以及能承受动态张应力大的材料。
8、产生超声波的材料主要有两大类：
a）
压电晶体和陶瓷是产生超声波的一类重要的材料；
b）
磁致伸缩材料为另一类超声波发生材料。
9、次声的特点为：
1）频率低于25Hz，人耳听不到
2）次声在大气中因气体的黏滞性和导热性引起的声能吸收比一般声波小得多
3）吸收系数与周期T和大气压力的关系：
4）次声受水汽以及障碍物的散射影响更小，可忽略不计
5）次声是一种平面波，沿着地球表面平行的方向传播，次声对人体有影响，会使人产生不舒服的感觉
6）频率小于7Hz的次声与大脑的节律频率相同，因此对大脑的影响特别大，功率强大的次声还可能严重损坏人体的内部器官。
篇2：
《材料物理性能》课后习题答案
《材料物理性能》课后习题答案本文关键词：
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《材料物理性能》课后习题答案本文简介：
课后习题《材料物理性能》第一章材料的力学性能1-1一圆杆的直径为2.5mm、长度为25cm并受到4500N的轴向拉力，若直径拉细至2.4mm，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。
解：
由计算结果可知：
真应力大于名义应力，真应变小于名义应
《材料物理性能》课后习题答案
本文内容：
课后习题
《材料物理性能》
第一章材料的力学性能
1-1一圆杆的直径为2.5
mm、长度为25cm并受到4500N的轴向拉力，若直径拉细至2.4mm，且拉伸变形后圆杆的体积不变,求在此拉力下的真应力、真应变、名义应力和名义应变，并比较讨论这些计算结果。
解：
由计算结果可知：
真应力大于名义应力，真应变小于名义应变。
1-5一陶瓷含体积百分比为95%的Al2O3
（E
=
380
GPa）和5%的玻璃相（E
=
84
GPa），试计算其上限和下限弹性模量。
若该陶瓷含有5%的气孔，再估算其上限和下限弹性模量。
解：
令E1=380GPa,E2=84GPa,V1=0.95,V2=0.05。
则有
当该陶瓷含有5%的气孔时，将P=0.05代入经验计算公式E=E0（1-1.9P+0.9P2）可得，其上、下限弹性模量分别变为331.3
GPa和293.1
GPa。
1-6试分别画出应力松弛和应变蠕变与时间的关系示意图，并算出t
=
0,t
=
和t
=
时的纵坐标表达式。
解：
Maxwell模型可以较好地模拟应力松弛过程：
Voigt模型可以较好地模拟应变蠕变过程：
以上两种模型所描述的是最简单的情况，事实上由于材料力学性能的复杂性，我们会用到用多个弹簧和多个黏壶通过串并联组合而成的复杂模型。
如采用四元模型来表示线性高聚物的蠕变过程等。
Fτ
τ
Nτ
60°
53°
Ф3mm
1-11一圆柱形Al2O3晶体受轴向拉力F，若其临界抗剪强度τf为135
MPa,求沿图中所示之方向的滑移系统产生滑移时需要的最小拉力值，并求滑移面的法向应力。
解：
第二章
脆性断裂和强度
2-1
求融熔石英的结合强度，设估计的表面能力为1.75J/m2;
Si-O的平衡原子间距为1.6*10-8cm;弹性模量从60到75Gpa
=
2-2
融熔石英玻璃的性能参数为：
E=73
Gpa；γ=1.56
J/m2；理论强度σth=28
Gpa。
如材料中存在最大长度为2μm的内裂，且此内裂垂直于作用力方向，计算由此导致的强度折减系数。
2c=2μm
c=1*10-6m
=
强度折减系数=1-0.269/28=0.99
2-5
一钢板受有长向拉应力350MPa，如在材料中有一垂直于拉应力方向的中心穿透缺陷，长8mm（=2c）。
此钢材的屈服强度为1400
MPa，计算塑性区尺寸r0及其裂缝半长c的比值。
讨论用此试来求KIC值的可能性。
==39.23Mpa.m1/2
>0.021
用此试来求KIC值的不可能。
2-6
一陶瓷零上有一垂直于拉应力的边裂，如边裂长度为：
（1）2mm;
（2）0.049mm;（3）2
um,分别求上述三种情况下的临界应力。
设此材料的断裂韧性为1.62MPa.m2。
讨论讲结果。
解：
Y=1.12=1.98
=
（1）
c=2mm,
（2）
c=0.049mm,（3）
（3）c=2um,2-4
一陶瓷三点弯曲试，在受拉面上于跨度中间有一竖向切口如图。
如果E=380
Gpa，μ=0.24，求KIc值，设极限荷载达50Kg。
计算此材料的断裂表面能。
解
c/W=0.1,Pc=50*9.8N,B=10,W=10，S=40
代入下式：
=
=62*（0.917-0.145+0.069-0.012+0.0012）
=1.96*0.83==1.63Pam1/2
J/m2
第三章
材料的热学性能
2-1
计算室温（298K）及高温（1273K）时莫来石瓷的摩尔热容值，并请和按杜龙-伯蒂规律计算的结果比较。
（1）
当T=298K，Cp=a+bT+cT-2=87.55+14.96*10-3*298-26.68*105/2982
=87.55+4.46-30.04
=61.974.18J/mol.K
（2）
当T=1273K，Cp=a+bT+cT-2=87.55+14.96*10-3*1293-26.68*105/12732
=87.55+19.34-1.65
=105.24*4.18J/mol.K=438.9
J/mol.K
据杜隆-珀替定律：
（3Al2O3.2SiO4）
Cp=21*24。
94=523.74
J/mol.K
2-2
康宁1723玻璃（硅酸铝玻璃）具有下列性能参数：
λ=0.021J/（cm.s.℃）;
α=4.6*10-6/℃;σp=7.0Kg/mm2.E=6700Kg/mm2,μ=0.25.求第一及第二热冲击断裂抵抗因子。
第一冲击断裂抵抗因子：
=
=170℃
第二冲击断裂抵抗因子：
=170*0.021=3.57
J/（cm.s）
2-3
一热机部由反应烧结氮化硅制成，其热导率λ=0.184J/（cm.s.℃），最大厚度=120mm.如果表面热传递系数h=0.05
J/（cm2.s.℃）,假定形状因子S=1，估算可兹应用的热冲击最大允许温差。
解：
=226*0.184
==447℃
第四章
材料的光学性能
3-1．一入射光以较小的入射角i和折射角r通过一透明明玻璃板,若玻璃对光的衰减可忽略不计,试证明明透过后的光强为（1-m）2
解：
W
=
W’
+
W’’
其折射光又从玻璃与空气的另一界面射入空气
则
3-2
光通过一块厚度为1mm
的透明Al2O3板后强度降低了15%，试计算其吸收和散射系数的总和。
解:
第五章
材料的电导性能
4-1
实验测出离子型电导体的电导率与温度的相关数据，经数学回归分析得出关系式为：
（1）
试求在测量温度范围内的电导活化能表达式。
（2）
若给定T1=500K，σ1=10-9（
T2=1000K，σ2=10-6（
计算电导活化能的值。
解：
（1）
=
=
W=
式中k=
（2）
B=-3000
W=-ln10.（-3）*0.86*10-4*500=5.94*10-4*500=0.594eV
4-3本征半导体中，从价带激发至导带的电子和价带产生的空穴参与电导。
激发的电子数n可近似表示为：
，式中N为状态密度，k为波尔兹曼常数，T为绝对温度。
试回答以下问题：
（1）设N=1023cm-3,k=8.6”*10-5eV.K-1时,Si（Eg=1.1eV）,TiO2（Eg=3.0eV）在室温（20℃）和500℃时所激发的电子数（cm-3）各是多少：
（2）半导体的电导率σ（Ω-1.cm-1）可表示为，式中n为载流子浓度（cm-3），e为载流子电荷（电荷1.6*10-19C）,μ为迁移率（cm2.V-1.s-1）当电子（e）和空穴（h）同时为载流子时，。
假定Si的迁移率μe=1450（cm2.V-1.s-1），μh=500（cm2.V-1.s-1），且不随温度变化。
求Si在室温（20℃）和500℃时的电导率
解：
（1）
Si
20℃
=1023*e-21.83=3.32*3cm-3
500℃
=1023*e-8=2.55*9
cm-3
TiO2
20℃
=1.4*10-3
cm-3
500℃
=1.6*3
cm-3
（2）
20
℃
=3.32*3*1.6*10-19（1450+500）
=1.03*10-2（Ω-1.cm-1）
500℃
=2.55*9*1.6*10-19（1450+500）
=7956
（Ω-1.cm-1）
4-2.
根据缺陷化学原理推导
（1）ZnO电导率与氧分压的关系。
（4）讨论添加Al2O3对NiO电导率的影响。
解：
（1）间隙离子型：
或
（4）添加Al2O3对NiO：
添加Al2O3对NiO后形成阳离子空位多，提高了电导率。
第六章
材料的功能转换性能
6-1
金红石（TiO2）的介电常数是100，求气孔率为10%的一块金红石陶瓷介质的介电常数。
6-2
一块1cm*4cm*0.5cm的陶瓷介质，其电容为2.4-6μF,损耗因子tgδ为0.02。
求：
①相对介电常数；②损耗因素。
6-3
镁橄榄石（Mg2SiO4）瓷的组成为45%SiO2,5%Al2O3和50%MgO,在1400℃烧成并急冷（保留玻璃相），陶瓷的εr=5.4。
由于Mg2SiO4的介电常数是6.2，估算玻璃的介电常数εr。
（设玻璃体积浓度为Mg2SiO4的1/2）
6-4
如果A原子的原子半径为B的两倍，那么在其它条都是相同的情况下，原子A的电子极化率大约是B的多少倍？
6-5
为什么碳化硅的电容光焕发率与其折射率的平方n2相等
第七章
材料的磁学性能
1自发磁化的物理本质是什么?
材料具有铁磁性的充要条是什么?
答:
铁磁体自发磁化的本质是电子间的静电交换相互作用
材料具有铁磁性的充要条为:
1）
必要条:
材料原子中具有未充满的电子壳层,即原子磁矩
2）
充分条:
交换积分A
>
0
2.用能量的观点说明铁磁体内形成磁畴的原因
答:
根据热力学定律,稳定的磁状态一定是对应于铁磁材料内总自由能极小值的状态.磁畴的形成和稳定的结构状态,也是对应于满足总的自由能为极小值的条.对于铁材料来说，分成磁畴后比分成磁畴前能量缩小,故铁磁材料自发磁化后必然分成小区域的磁畴,使总自由能为最低,从而满足能量最低原理.可见,退磁场能是形成磁畴的原因
9
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10篇3：
中南大学材料科学基础课后习题
中南大学材料科学基础课后习题本文关键词：
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中南大学材料科学基础课后习题本文简介：
第一章原子排列与晶体结构1.fcc结构的密排方向是，密排面是，密排面的堆垛顺序是，致密度为，配位数是,晶胞中原子数为，把原子视为刚性球时，原子的半径r与点阵常数a的关系是；bcc结构的密排方向是，密排面是,致密度为,配位数是,晶胞中原子数为，原子的半径r与点阵常数a的关系是；hcp结构的密排方向是，
中南大学材料科学基础课后习题本文内容：
第一章
原子排列与晶体结构
1.
fcc结构的密排方向是
，密排面是
，密排面的堆垛顺序是
，致密度为
，配位数是,晶胞中原子数为
，把原子视为刚性球时，原子的半径r与点阵常数a的关系是
；bcc结构的密排方向是
，密排面是,致密度为,配位数是,晶胞中原子数为
，原子的半径r与点阵常数a的关系是
；hcp结构的密排方向是
，密排面是
，密排面的堆垛顺序是
，致密度为
，配位数是,，晶胞中原子数为
，原子的半径r与点阵常数a的关系是
。
2.
Al的点阵常数为0.4049nm，其结构原子体积是
，每个晶胞中八面体间隙数为
，四面体间隙数为
。
3.
纯铁冷却时在912e
发生同素异晶转变是从
结构转变为
结构，配位数
，致密度降低
，晶体体积
，原子半径发生
。
4.
在面心立方晶胞中画出晶面和晶向，指出﹤110﹥中位于（111）平面上的方向。
在hcp晶胞的（0001）面上标出晶面和晶向。
5.
求和两晶向所决定的晶面。
6
在铅的（100）平面上，1mm2有多少原子？
已知铅为fcc面心立方结构，其原子半径R=0.175×10-6mm。
第二章
合金相结构
一、填空
1）
随着溶质浓度的增大，单相固溶体合金的强度
，塑性
，导电性
，形成间隙固溶体时，固溶体的点阵常数
。
2）
影响置换固溶体溶解度大小的主要因素是
（1）
；
（2）
；（3）
；（4）
和环境因素。
3）
置换式固溶体的不均匀性主要表现为
和
。
4）
按照溶质原子进入溶剂点阵的位置区分，固溶体可分为
和
。
5）
无序固溶体转变为有序固溶体时，合金性能变化的一般规律是强度和硬度
，塑性
，导电性
。
6）间隙固溶体是
，间隙化合物是
。
二、问答
1、分析氢，氮，碳，硼在a-Fe
和g-Fe
中形成固溶体的类型，进入点阵中的位置和固溶度大小。
已知元素的原子半径如下：
氢：
0.046nm，氮：
0.071nm，碳：
0.077nm，硼：
0.091nm，a-Fe：
0.124nm，g-Fe
：
0.126nm。
2、简述形成有序固溶体的必要条。
第三章
纯金属的凝固
1.
填空
1.
在液态纯金属中进行均质形核时，需要
起伏和
起伏。
2
液态金属均质形核时，体系自由能的变化包括两部分，其中
自由能是形核的阻力，
是形核的动力；临界晶核半径rK与过冷度vT关系为
，临界形核功vGK等于
。
3
动态过冷度是指
。
4
在工厂生产条下，过冷度增大，则临界晶核半径
，金属结晶冷却速度越快，N/G比值
，晶粒越
。
5.
获得非晶合金的基本方法是
。
二、问答
1
根据凝固理论，试述细化晶粒的基本途径。
2
试根据凝固理论，分析通常铸锭组织的特点。
3
简述液态金属结晶时，过冷度与临界晶核半径，形核功及形核率的关系。
4
铜的熔点Tm=1356K，熔化热vHm=1628J/cm2，s=177×10－7J/cm，点阵常数a=0.3615nm。
求铜vT=100e
时均匀形核的临界核心半径。
5：
何谓过冷，过冷度，动态过冷度，它们对结晶过程有何影响？
6
根据冷却速度对金属凝固后组织的影响，现要获得微晶，非晶，亚稳相，请指出其凝固时控制。
7、简述纯金属凝固时润湿角θ、杂质颗粒的晶体结构和表面形态对异质形核的影响。
第四章
二元合金相图与合金凝固
一、填空
1.
固溶体合金凝固时，除了需要结构起伏和能量起伏外，还要有
起伏。
2.
按液固界面微观结构，界面可分为
和
。
3.
液态金属凝固时，粗糙界面晶体的长大机制是
，光滑界面晶体的长大机制是
和
。
4
在一般铸造条下固溶体合金容易产生
偏析，用
热处理方法可以消除。
5
液态金属凝固时，若温度梯度dT/dX>0（正温度梯度下），其固、液界面呈
状，dT/dX
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